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LLC半桥谐振电路工作情况解析

Power-union 来源:未知 作者:佚名 2017-12-12 09:15 次阅读


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LLC技术已经普及了,再不会就要落后啦!

LLC半桥谐振电路中,根据这个谐振电容的不同联结方式,典型LLC谐振电路有两种连接方式,如下图1所示。不同之处在于LLC谐振腔的连接,左图采用单谐振电容(Cr),其输入电流纹波和电流有效值较高,但布线简单,成本相对较低;右图采用分体谐振电容(C1, C2),其输入电流纹波和电流有效值较低,C1和C2上分别只流过一半的有效值电流,且电容量仅为左图单谐振电容的一半。

LLC半桥谐振电路基 本原理

LLC谐振变换的直流特性分为零电压工作区和零电流工作区。这种变换有两

个谐振频率。一个是Lr 和Cr的谐振点,另外一个谐振点由Lm, Cr以及负载条

件决定。负载加重,谐振频率将会升高。这两个谐振点的计算公式如下:

考虑到尽可能提高效率,设计电路时需把工作频率设定在fr1附近。其中,fr1为Cr,Lr串联谐振腔的谐振频率。当输入电压下降时,可以通过降低工作频

率获得较大的增益。通过选择合适的谐振参数,可以让LLC谐振变换无论是负载变化或是输入电压变化都能工作在零电压工作区。

总体来说LLC半桥谐振电路的开关动作和半桥电路无异,但是由于谐振腔的加入,LLC半桥谐振电路中的上下MOSFET工作情况大不一样,它能实现MOSFET零电压开通。其工作波形图如下:

上图为理想半桥谐振电路工作波形图;图中,Vgs1 和 Vgs2 分别是 Q1、Q2

的驱动波形,Ir为谐振电感Lr电感电流波形,Im为变压器漏感Lm电流波形,Id1和Id2分别是次级侧输出整流二级管波形,Ids1则为Q1导通电流。波形图根据不同工作状态被分成6个阶段,下面具体分析各个状态,LLC谐振电路工作情况:

T0~ T1: Q1关断、Q2开通;这个时候谐振电感上的电流为负,方向流向Q2。在此阶段,变压器漏感不参加谐振, Cr、Lr组成了谐振频率,输出能量来自于Cr和Lr。这个阶段随着Q2关断而结束。下图3为LLC半桥谐振电路在T0~ T1工作阶段各个元器件工作状态。

T1~ T2:Q1关断、Q2关断;此时为半桥电路死区时间,谐振电感上的电流仍为负,谐振电流对Q1的输出电容(Coss)进行放电,并且对Q2的输出电容(Coss)进行充电,直到Q2的输出电容的电压等于输入电压(Vin),为Q1下次导统创造零电压开通的条件。由于Q1体二级管此是出于正向偏置,而Q2的体二级管示反相偏置,两个电感上的电流相等。输出电压比变压器二次侧电压高,D1、D2处于反偏状态,所以输出端与变压器脱离。此阶段,Lm和Lr、Cr一同参加谐振。随着Q1开通,T1~ T2阶段结束。下图4为LLC半桥谐振电路在T1~ T2工作阶段各个元器件工作状态。

T2~ T3: Q1开通、Q2关断(一旦Q1的输出电容被放电放到零时)。此时谐振电感上的电流仍旧为负,电流经Q1的体二级管流回输入端(Vin)。同时,输出整流二级管(D1)导通,为输出端提供能量。变压器漏感(Lm)在此阶段被持续充电。只有Lr和Cr参与谐振。一旦谐振电感Lr上的电流为零时,T2~ T3阶段结束。下图5为LLC半桥谐振电路在T2~ T3工作阶段各个元器件工作状态。

T3~ T4:此阶段始于谐振电感Lr电流变负为正,Q1开通、Q2关断,和T2~T3阶段一样。谐振电感电流开始从输入端经Q1流向地。变压器漏感Lm此时被此电流充电,因此参加谐振的器件只有Lr 和Cr。输出端仍由D1来传输能量。随着Q1关断,T3~ T4阶段结束。下图2-6为LLC半桥谐振电路在T3~ T4工作阶段各个元器件工作状态。

T4~ T5:Q1关断,Q2关断;此时为半桥电路死区时间。此时,谐振电感电流对Q1的输出电容Coss进行充电,并对Q2的输出电容Coss进行放电直到Q2上输出电容电压为零,导通Q2的体二级管,为Q2零电压开通创造条件。在此期间,变压器二次侧跟T1~ T2阶段一样,脱离初级侧。在死去时间,变压器漏感Lm参与谐振。此阶段随着Q2开通而结束。下图7为LLC半桥谐振电路在T4~ T5工作阶段各个元器件工作状态。

T5~ T6:Q1关断,Q2导通。由于T4~ T5阶段中Q2的输出电容已经被放电至零,因此T5~ T6阶段Q2以零电压开通。能量由谐振电感Lr经Q2续流,输出端由D2提供能量。此时,Lm不参与Lr和Cr的谐振。此阶段随着谐振电感Lr电流变为零而结束,重复T0~ T1状态。下图8为LLC半桥谐振电路在T5~ T6工作阶段各个元器件工作状态。

由以上工作状态可以看出,除了Q1、Q2死区时间外,绝大多数时间,电路都可以工作在由Lr和Cr构成的较高的谐振频率。这种情况下,变压器漏电感由于被输出电压所钳位,因此,它会作为Lr,Cr串联谐振腔的负载形式存在,而不参与整个谐振过程。由于这个被动负载,LLC谐振变换轻载稳压可以不再需要很高频率。而且,由于这个被动Lm负载,可以保证在任何负载情况下都能工作在零电压开关状态下。







原文标题:不谈计算,精细解析LLC的工作原理

文章出处:【微信号:Power-union,微信公众号:电源联盟】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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    评论

    jiangzhi7
    Lr是漏感即为谐振电感,Lm是励磁电感不是漏感

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    FLS1600XS FLS1600XS 160W照明用半桥LLC谐振控制IC

    信息FLS-XS系列通用照明功率控制器包含高度集成的功率开关,适合中到高功率流明应用。 FLS-XS系列具有构建可靠而鲁棒的半桥谐振转换器所需的一切特性,可以简化设计、提高生产力、改进性能。 FLS-XS系列将功率MOSFET与快速恢复型体二极管、高端门驱动电路、精确电流控制振荡器、频率限制电路、软启动和内置保护功能结合在一起。 高端门驱动电路具有共模噪声消除功能,通过卓越的抗噪能力确保运行稳定。 MOSFET的快速恢复体二极管可以提高异常工作条件下的可靠性,同时又能将反向恢复的影响降至最低。 使用零电压开关(ZVS)可大幅减少开关损耗,显著提高效率。 ZVS还可显著降低开关噪声,允许使用小尺寸的电磁干扰(EMI)滤波器。FLS-XS系列可应用于谐振转换器拓扑,如串联谐振、并联谐振和LLC谐振转换器。 50%占空比的可变频率控制,适合半桥谐振转换器拓扑 通过零电压开关(ZVS)实现高效率 带快速恢复体二极管的内部UniFET™ 为MOSFET优化的固定死区(350ns) 工作频率最高可达300kHz 自动重启操作,利用外部LV实现所有保护 保护功能: 过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、异常过流保护(AOCP)、内部热关断...
    发表于 04-18 23:05 120次 阅读

    FAN7688 带有同步整流器控制的先进次级端LLC谐振转换器控制器

    8是一款先进的脉冲频率调制(PFM)控制器,用于提供业界最佳隔离DC / DC转换器效率,包含同步整流功能(SR)的LLC谐振转换器。它采用基于电荷控制的电流模式控制技术,其中振荡器的三角波形与集成式开关电流信息结合,确定开关频率。这会提供更佳的功率级控制到输出传输功能,能够简化反馈回路设计,同时允许真实的输入功率限制特性。不管负载条件如何,闭环软启动功能都有助于防止误差放大器饱和并且允许输出电压的单调上升。双边缘跟踪自适应死区时间控制能够最小化体二极管导通时间,因此能够最大程度地提高效率。 特性 具有同步整流器控制功能的LLC谐振转换器次级端PFM控制器 电荷电流控制,实现更佳的瞬响应和轻松的反馈回路设计 具有双边缘跟踪功能的自适应同步整流控制 闭环软启动实现单调上升输出 较宽的工作频率(39 kHz至690 kHz) 提高轻载效率的绿色功能 - 轻负载条件下的对称PWM控制,能够限制开关频率,同时减少开关损耗 - 在轻载条件下禁用E353SR 具有自启动功能的保护功能 - 过流保护(OCP) - 输出短路保护(OSP) - 通过补偿削减(频移)防止非零电压开关(NZS)...
    发表于 04-18 22:44 4082次 阅读

    FAN6248 用于LLC谐振变换器的高级同步整流控制器

    信息 FAN6248是一款先进的同步整流器(SR)控制器,针对LLC谐振转换器拓扑结构进行了优化,外部元件最少。它有两个用于驱动SR MOSFET的驱动级,它们对次级变压器绕组的输出进行整流。两个栅极驱动器级具有它们自己的传感输入并且彼此独立地操作。自适应寄生电感补偿功能使体二极管导通最小化,从而最大限度地提高效率。先进的控制算法允许在整个负载范围内稳定的SR操作。 FAN6248有两个不同的版本--FAN6248HAMX具有较高的关断阈值电压,FAN6248HBMX具有较低的关断阈值电压。 高度集成的同步整流器独立控制,外部元件数量最少 针对LLC谐振转换器进行了优化 用于可靠SR操作的抗击穿控制 用于检测每个SR MOSFET的漏极和源极电压的独立100V额定检测输入 自适应寄生电感补偿以最小化体二极管传导 轻负载条件下的SR电流反转检测 轻载检测 自适应最小导通时间抗噪能力 工作电压范围高达30 V 低启动和待机电流消耗 工作频率范围为25kHz至700 kHz < / li> 驱动器输出电压高达10.5 V,驱动所有MOSFET品牌降至最低RDS_ON 绿色模式下的低工作电流(典型值)。 350uA)...
    发表于 04-18 22:37 226次 阅读

    UCC24624 用于 LLC 转换器的高频双路同步整流器控制器

    UCC24624高性能同步整流器(SR)控制器专用于LC谐振转换器,用SR MOSFET取代有损二极管输出整流器,提高整体系统效率。 UCC24624 SR控制器采用漏极 - 源极电压检测方法实现SR MOSFET的开关控制。实现比例栅极驱动以延长SR导通时间,最小化体二极管导通时间。为了补偿由MOSFET MOSFET寄生电感引起的失调电压,UCC24624实现了可调节的正向关断阈值,以适应不同的SR MOSFET封装。 UCC24624具有内置475 ns导通时间消隐功能,并具有650 ns的关断时间消隐功能,可避免SR错误导通和关断。 UCC24624还集成了双通道互锁功能,可防止两个SR同时打开。具有230V电压检测引脚和28V ABS最大VDD额定值,可直接用于转换器,输出电压高达24.75 V.内部钳位允许控制器通过添加外部限流电阻轻松支持36V输出电压在VDD上。 通过基于平均开关频率的内置待机模式检测,UCC24624可自动进入待机模式,无需使用外部组件。低待机模式电流为180μA,可满足现代空载功耗要求,如CoC和DoE法规。 UCC24624可与URC25630x LLC和UCC28056 PFC控制器一起使用,以实现高效率,同时保持出色的轻载和空...
    发表于 01-08 17:48 977次 阅读
    UCC24624 用于 LLC 转换器的高频双路同步整流器控制器

    UCC29950 UCC29950 CCM PFC 和·LLC Combo 控制器

    UCC29950可为交流 - 直流转换器提供LLC转换器级和CCM升压功率因数校正(PFC)级,从而实现全部控制功能。款转换器经过了优化,非常便于使用。 凭借专有CCM PFC算法,系统能够获得高效率,更小的转换器尺寸以及高功率因数等诸多优势。集成的LLC控制器可实现高效直流 - 直流转换级,利用软开关来降低电磁干扰(EMI)噪声。这款组合控制器兼具PFC控制和LLC控制,使得控制算法能够充分利用来自两级的信息。 该控制器包含一个启动控制电路,此电路采用耗尽型MOSFET且内置器件电源管理功能,可最大程度降低外部元件需求,并且有助于降低系统实现成本。 为进一步降低待机功耗,该控制器还集成了X-Cap放电电路.UCC29950实现了一整套系统保护功能,其中包括交流线路欠压保护,PFC总线欠压PFC和LLC,流保护和热关断保护。 特性 高效功率因数校正(PFC)和半桥谐振逻辑链路控制(LLC)组合控制器 连续导通模式(CCM)升压功率因数校正 支持自偏置或辅助(外部)偏置工作模式 完全内部补偿的PFC环路 < li> 3步轻松设计PFC级(设计电压反馈,电流反馈和功率级) 100kHz固定PFC频率,具有抖动特性,...
    发表于 11-02 18:42 595次 阅读
    UCC29950 UCC29950 CCM PFC 和·LLC Combo 控制器

    UCC25600 8 引脚高性能谐振模式 LLC 控制器

    UCC25600高性能谐振模式控制器专为使用谐振拓扑的DC-DC应用而设计,尤其是LLC半桥谐振转换器。这款高度集成的控制器仅采用8引脚封装,实现了频率调制控制和完整的系统功能。切换到UCC25600将极大地简化系统设计和布局,并缩短产品上市时间,所有这些都低于竞争对手的16引脚器件产品。 内部振荡器支持40 kHz的开关频率至350 kHz。这种高精度振荡器实现了最小开关频率限制,容差为4%,使设计人员能够避免功率级的过度设计,从而进一步降低整体系统成本。可编程死区时间可实现零电压切换,磁化电流最小。这可以最大化各种应用程序的系统效率。可编程软启动定时器可最大限度地提高使用半桥拓扑结构的终端设备的各种要求所需的设计灵活性。通过采用0.4A源和0.8A吸收驱动能力,低成本,可靠的栅极驱动器变压器是一个真正的选择。 UCC25600提供完整的系统保护功能,包括过流,UVLO,偏置电源OVP和过热保护。 特性 可变开关频率控制 可编程最小开关频率 4%精度(温度下3%精度< br>范围:-20°C至105°C) 可编程最大开关频率 可编程死区时间以实现最佳效率 可编程软启动时间< /li> 易于开启和关闭控制 过流保护 过温保护 偏置电压U...
    发表于 11-02 18:41 1887次 阅读
    UCC25600 8 引脚高性能谐振模式 LLC 控制器

    UCC256301 支持超低待机功耗且具有高压启动功能的宽输入电压 LLC 谐振控制器

    UCC256301是一款具有集成高电压栅极驱动器的全功能LLC控制器。此产品的设计目标是与PFC级配对使用以凭借最少的外部组件提供完整的电源系统。根据设计,所产生的电源系统无需单独的待机功率转换器即可满足最严格的待机功率要求,能使PFC级始终运行.UCC256301有一系列特性旨在使LLC转换器件的运行得到良好控制并提高其可靠性。此器件的目标是减轻LLC设计人员的负担,并使目前的主流应用受益于LLC拓扑的效率优势。 UCC256301使用混合迟滞控制来提供同类产品中最佳的输入电压和负载瞬态响应。在一个周期内,所需的控制力度大致与平均输入电流成正比。该控制使开环传递函数成为一阶系统,因此很容易进行补偿。系统始终保持稳定,具有适当的频率补偿。 UCC256301提供了在每个突发周期期间具有一致突功率电平的高效间歇模式。突发功率电平是可编程的,并随着输入电压自适应地改变,使得效率优化非常容易。 特性 混合迟滞控制(HHC) 同类产品中最佳的瞬态响应 简化补偿设计 优化的低功耗特性可支持在开启PFC的情况下达到75mW待机功耗设计 高级间歇模式< br>光耦合器低功耗运行 有助于确保符合CoC II级标准 从间歇模...
    发表于 11-02 18:40 500次 阅读
    UCC256301 支持超低待机功耗且具有高压启动功能的宽输入电压 LLC 谐振控制器

    UCC256304 支持低待机功耗且具有高压启动功能的宽输入电压 LLC 谐振控制器

    UCC256304是一款具有集成高电压栅极驱动器的全功能LLC控制器。此产品的设计目标是与PFC级配对使用以凭借最少的外部组件提供完整的电源系统。根据设计,所产生的电源系统无需单独的待机功率转换器即可满足最严格的待机功率要求.UCC256304使用混合迟滞控制来提供同类产品中最佳的线路和负载瞬态响应。该控制使开环传递函数成为一阶系统,因此很容易进行补偿,且始终保持稳定,具有适当的频率补偿。 UCC256304的独特之处在于该控制器具有较宽的直流输入工作范围。这是通过使输入过压检测阈值远大于输入电压起始阈值来实现的。因此LLC可在无需启动PFC的情况下启动并进入低功耗待机模式,并使LLC能够适应广泛的公共交流输入。 UCC256304提供了在每个突发周期期间具有一致突发功率电平的高效突发模式。率电平是可编程的,并随着输入电压自适应地改变。 特性 混合迟滞控制(HHC) 同类产品中最佳的瞬态响应 简化补偿设计 优化的低功耗特性可支持在开启PFC的情况下达到75mW待机功耗设计 高级突发模式 有助于确保符合CoC II级标准 从突发模式快速退出 改进的电容区规避方案 自适应死区时间 内部高侧栅极驱动器(0.6A和1...
    发表于 11-02 18:40 307次 阅读
    UCC256304 支持低待机功耗且具有高压启动功能的宽输入电压 LLC 谐振控制器

    UCC256302 支持低待机功耗且具有高压启动功能的 LLC 谐振控制器

    UCC256302是一款功能齐全的LLC控制器,集成了高压门控驱动器。它设计用于离线AC-DC或隔离DC-DC,使用最少的外部元件提供完整的电源系统。由此产生的电源系统旨在满足最严格的待机功率要求,而无需单独的备用电源转换器。 UCC256302具有集成的高压启动功能,无需外部偏置电源,减少了BOM数量并最大限度地减小了解决方案尺寸。 UCC256302使用hybridhysteretic控制来提供最佳的线路和负载瞬态响应。该控件使开环转换功能成为一阶系统,因此非常容易进行补偿。 UCC256302提供高效的突发模式,在周期突发时具有一致的突发功率电平。突发功率电平是可编程的,并随输入电压自适应地变化,使得效率的优化非常容易。 使用UCC25630x SelectionGuide 为您的设计选择合适的LLC谐振控制器 特性 集成高压启动 无需外部偏压供应 一流的瞬态响应 混合迟滞控制(HHC) 一流的瞬态响应 Easy CompensationDesign 优化的低功耗特性支持75 mW 支持PFC的待机电源设计 高级突发模式光耦合器低功耗操作 帮助实现对CoC层IIStandard的合规性 从突发模式快速退出 改进的电容区域规避方案 自适应死区时间 内部高侧栅极驱动器...
    发表于 11-02 18:40 416次 阅读
    UCC256302 支持低待机功耗且具有高压启动功能的 LLC 谐振控制器

    UCC256303 支持低待机功耗的 LLC 谐振控制器

    UCC256303是一款具有集成高电压栅极驱动器的全功能LLC控制器。此产品的设计目标是与PFC级配对使用以凭借最少的外部组件提供完整的电源系统。根据设计,所产生的电源系统无需单独的待机功率转换器即可满足最严格的待机功率要求,能使PFC级始终运行.UCC256303有一系列特性,旨在使LLC转换器的运行得到良好控制并提高其可靠性。此器件的目标是减轻LLC设计人员的负担,并使目前的主流应用中LLC拓扑的效率。 UCC256303使用混合迟滞控制来提供同类产品中最佳的线路和负载瞬态响应。在一个周期内,所需的控制程度大致与平均输入电流成正比。该控制使开环传递函数成为一阶系统,因此很容易进行补偿。系统始终保持稳定,具有适当的频率补偿。 UCC256303提供了在每个突发周期期间具有一致突发功率电平的高效突发模式。突发功率电平是可编程的,并随着输入电压自适应地改变,使得效率优化非常容易。 特性 混合迟滞控制(HHC) 同类产品中最佳的瞬态响应 简化补偿设计 优化的低功耗特性支持在开启PFC时的75mW待机功耗设计 高级突发模式光汇合器低功耗运行 有助于确保符合CoC II级标准 从突发模式快速退出 改进的电容区规...
    发表于 11-02 18:39 423次 阅读
    UCC256303 支持低待机功耗的 LLC 谐振控制器